RU2782467C2 - Filter material and personal protective equipment based on it - Google Patents
Filter material and personal protective equipment based on it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2782467C2 RU2782467C2 RU2020112991A RU2020112991A RU2782467C2 RU 2782467 C2 RU2782467 C2 RU 2782467C2 RU 2020112991 A RU2020112991 A RU 2020112991A RU 2020112991 A RU2020112991 A RU 2020112991A RU 2782467 C2 RU2782467 C2 RU 2782467C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- filter
- layer
- liquid
- protective equipment
- filter material
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 146
- 230000001681 protective Effects 0.000 title claims abstract description 45
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 42
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000123 paper Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 230000002209 hydrophobic Effects 0.000 claims abstract description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 12
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims description 10
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 8
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 7
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 claims description 6
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 6
- -1 polyoxyethylenes Polymers 0.000 claims description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- DJHJJVWPFGHIPH-OODMECLYSA-N Chitin Chemical compound O[C@@H]1C(NC(=O)C)[C@H](O)OC(CO)[C@H]1COC[C@H]1C(NC(C)=O)[C@@H](O)[C@H](COC[C@H]2C([C@@H](O)[C@H](O)C(CO)O2)NC(C)=O)C(CO)O1 DJHJJVWPFGHIPH-OODMECLYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920002101 Chitin Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 claims description 3
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 3
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 claims description 3
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 claims description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 claims description 3
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000193 polymethacrylate Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 3
- 235000021056 liquid food Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 2
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 claims 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004887 air purification Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 106
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 23
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 230000000241 respiratory Effects 0.000 description 6
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 5
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N AI2O3 Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 4
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000717 retained Effects 0.000 description 4
- 240000005332 Sorbus domestica Species 0.000 description 3
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 3
- 229910001593 boehmite Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 3
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 3
- 210000000056 organs Anatomy 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 230000002633 protecting Effects 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 3
- NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L Iron(II) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Fe+2] NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive Effects 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 description 2
- 230000000844 anti-bacterial Effects 0.000 description 2
- 229940027985 antiseptics and disinfectants Silver compounds Drugs 0.000 description 2
- 230000003385 bacteriostatic Effects 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000011086 high cleaning Methods 0.000 description 2
- 235000014413 iron hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 150000003379 silver compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229940100890 silver compounds Drugs 0.000 description 2
- 238000009941 weaving Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 210000004759 MCP Anatomy 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- MKGYEFNKQXAIGY-UHFFFAOYSA-N [Al].OOO Chemical compound [Al].OOO MKGYEFNKQXAIGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 230000000721 bacterilogical Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 201000009910 diseases by infectious agent Diseases 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 238000007380 fibre production Methods 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 238000011169 microbiological contamination Methods 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920001955 polyphenylene ether Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000011045 prefiltration Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 239000011882 ultra-fine particle Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Группа изобретений относится к многослойным фильтрующим материалам для очистки жидкости или газа, которые могут применяться в системах очистки жидкости, например воды из различных источников, в том числе питьевой воды, системах вентиляции или очистки воздуха или для изготовления средств индивидуальной и коллективной защиты, и к средствам индивидуальной защиты, в том числе средствам индивидуальной защиты органов дыхания, изготовленным на основе фильтрующих материалов.SUBSTANCE: group of inventions relates to multilayer filter materials for liquid or gas purification, which can be used in liquid purification systems, for example, water from various sources, including drinking water, ventilation or air purification systems, or for the manufacture of personal and collective protective equipment, and to means personal protective equipment, including personal protective equipment for respiratory organs, made on the basis of filter materials.
Фильтрующие материалы для очистки различных жидкостей, например воды или масла, и/или газов, например воздуха, а также средства индивидуальной защиты на основе их известны из уровня техники. Основными требованиями к фильтрующим материалам являются высокая эффективность (материал должен сорбировать максимальное количество примесей) и длительный срок службы (ресурс). Из уровня техники известны фильтрующие материалы с длительным сроком службы при низкой эффективности и высокоэффективные материалы, срок службы которых ограничен, так как материал относительно быстро забивается примесями и перестает работать. Filter materials for cleaning various liquids, such as water or oil, and/or gases, such as air, as well as personal protective equipment based on them, are known from the prior art. The main requirements for filter materials are high efficiency (the material must absorb the maximum amount of impurities) and long service life (resource). In the prior art, filter media are known with a long service life at low efficiency and high efficiency materials, the service life of which is limited, since the material becomes clogged with impurities relatively quickly and stops working.
Из уровня техники известен многослойный фильтрующий материал для очистки жидкости по патенту US 3780872 (заявитель Pall Corp, приоритет 27.05.1968, МПК B01D 27/06). Материал по патенту US 3780872 представляет собой полотно из нескольких слоев, где каждый слой выполнен из рядов волокон, переплетенных между собой. Волокно каждого последующего ряда в полотне зацепляется за волокно предыдущего ряда, при этом в патенте заявлены два вида переплетения – внахлест и в обхват, последнее крепче плетения внахлест в 4 раза. Для получения фильтрующего материала слои укладывают друг на друга, чередуя слои с разным плетением, и помещают под пресс, при этом происходит смещение слоев друг относительно друга. Поскольку слои пористые, то и каналы внутри них смещаются также, формируя извилистые пути для прохождения жидкости. При этом их размеры при сжатии уменьшаются и становятся равными примерно 50 мкм. В качестве материала для получения волокна может быть использована проволока из металлов, устойчивых к коррозии и инертных для фильтруемой среды. В рамках отличительных признаков материал по патенту работает следующим образом: очищаемая жидкость последовательно проходит слои материала, при этом происходит очистка жидкостей от механических примесей, размер которых больше, чем поры слоев. Недостатком материала по патенту US 3780872 является высокая себестоимость (так как использованы металлические волокна) при низкой эффективности очистки (материал позволяет удалять только относительно крупные механические примеси, сорбированные примеси указанный материал не удаляет). Кроме этого, отсутствует возможность наполнения таких слоев сорбентами, так как при прессовании их структура будет повреждена, а поскольку металлическая проволока инертна, то крепление к волокнам сорбента практически невозможно и будет происходить вымывание сорбента в процессе фильтрации.The prior art multilayer filter material for cleaning liquids according to US patent 3780872 (applicant Pall Corp, priority 27.05.1968, IPC B01D 27/06). The material according to US patent 3780872 is a web of several layers, where each layer is made of rows of fibers intertwined with each other. The fiber of each subsequent row in the fabric is hooked onto the fiber of the previous row, while the patent claims two types of weaving - overlap and girth, the latter being 4 times stronger than overlap weaving. To obtain a filter material, the layers are stacked on top of each other, alternating layers with different weaves, and placed under a press, while the layers are shifted relative to each other. Since the layers are porous, the channels inside them also shift, forming winding paths for the passage of fluid. At the same time, their dimensions decrease during compression and become equal to approximately 50 μm. As a material for fiber production, a wire made of metals that are resistant to corrosion and inert to the filtered medium can be used. Within the framework of the distinguishing features, the material according to the patent works as follows: the liquid to be purified sequentially passes through the layers of the material, while the liquids are cleaned from mechanical impurities, the size of which is larger than the pores of the layers. The disadvantage of the material according to patent US 3780872 is the high cost (since metal fibers are used) with low cleaning efficiency (the material allows you to remove only relatively large mechanical impurities, the specified material does not remove sorbed impurities). In addition, there is no possibility of filling such layers with sorbents, since their structure will be damaged during pressing, and since the metal wire is inert, it is practically impossible to attach the sorbent to the fibers and the sorbent will be washed out during filtration.
Из уровня техники известен фильтрующий материал для очистки воздуха по патенту US 7691168 (заявитель 3M Innovative Properties Company, приоритет 10.10.2006, МПК B01D 24/00, D01D 5/20, H05H 1/26, A62B 7/10, B03C 3/00). Фильтрующий материал состоит из двух слоев – тонкофильтрующего гидрозаряженного волокнистого слоя, способного улавливать частицы размерами до нескольких мкм, и грубофильтрующей подложки из крупнопористого материала. Тонкофильтрующий гидрозаряженный волокнистый слой состоит из переплетенных волокон размером от 12 до 300 мкм, от 25 до 200 мкм, от 50 до 150 мкм, которые предварительно помещают в полярную жидкость, например воду, спирты, кетоны или их смеси, и высушивают в условиях, обеспечивающих зарядку поверхности волокон. В рамках отличительных признаков фильтрующий материал работает следующим образом: воздух последовательно проходит через подложку, которая механически удаляет крупные примеси, после чего воздух проходит через тонкофильтрующий гидрозаряженный волокнистый материал, который механически и за счет электростатических сил удаляет мелкие примеси из воздуха. Фильтрующий материал по патенту US 7691168 может быть использован для изготовления средств индивидуальной защиты органов дыхания, например в респираторах. Фильтрующий материал по патенту US 7691168 имеет недостаток, а именно заряженную поверхность, так как с течением времени заряд может утратить свою силу и фильтрующий материал потеряет свою эффективность. Также существенным недостатком указанного материала является то, что он неэффективен в отношении мелких примесей, которые не имеют поверхностного заряда. Таким образом, основным недостатком данного материала является низкая эффективность.The prior art filter material for air purification according to US patent 7691168 (applicant 3M Innovative Properties Company, priority 10.10.2006, IPC B01D 24/00,
Из уровня техники известен фильтрующий материал Ahlstrom Disruptor 5283 (производитель Ahlstrom-Munksjo, Швеция, https://www.wasser-primus.com/wp-content/uploads/Grayl-Filtration-Alstrom-Disruptor-Presentation-2011-1.pdf), выбранный заявителем в качестве наиболее близкого аналога для фильтрующего материала. Этот фильтрующий материал состоит из макроволокон, например стеклянных, покрытых слоем бемита (оксогидроксида алюминия), которые вводят в композицию волокнистого материала при изготовлении нетканого полотна. Полученный материал прокладывают между слоями спанбонда для увеличения прочности. Длина макроволокон, покрытых бемитом, варьируется от 2 до 250 нм. Кристаллическая структура бемита создает электрокинетический потенциал на поверхности волокон. Материал Ahlstrom Disruptor 5283 представляет собой многослойную пористую структуру. В рамках заявляемых признаков указанный фильтрующий материал работает следующим образом: очищаемая жидкость проходит через слой материала, при этом происходит очистка жидкости от примесей. Основным недостатком указанного материала является то, что эффективность материала связана с электрокинетическим потенциалом на поверхности волокон, в процессе сорбции примесей на материале потенциал меняется, то есть материал перестает сорбировать примеси, таким образом, указанный материал имеет низкий срок службы.The filtering material Ahlstrom Disruptor 5283 is known from the prior art (manufacturer Ahlstrom-Munksjo, Sweden, https://www.wasser-primus.com/wp-content/uploads/Grayl-Filtration-Alstrom-Disruptor-Presentation-2011-1.pdf ), chosen by the applicant as the closest analogue for the filter material. This filter material consists of macrofibers, such as glass, coated with a layer of boehmite (aluminum oxohydroxide), which are introduced into the composition of the fibrous material in the manufacture of non-woven fabric. The resulting material is laid between the layers of spunbond to increase strength. The length of macrofibers coated with boehmite varies from 2 to 250 nm. The crystal structure of boehmite creates an electrokinetic potential on the surface of the fibers. Ahlstrom
Из уровня техники известен фильтрующий материал по патенту US 4976858 (заявитель Toyo Roki Kabushiki Kaisha, приоритет 01.02.1990, МПК B01D39/14), выбранный заявителем в качестве наиболее близкого аналога фильтрующего материала. Фильтрующий материал по патенту US 4976858 состоит из по меньше мере двух приплавленных друг к другу слоев различной плотности, которые жидкость или газ проходят последовательно. Первый слой изготовлен из нетканого волокнистого материала и является грубофильтрующим и более плотным, чем второй. Второй слой изготовлен из фильтровальной бумаги и является тонкофильтрующим. Между слоями могут дополнительно располагаться вспомогательные слои различной плотности. Фильтрующий материал предназначен для механической фильтрации жидкостей, в рамках отличительных признаков указанный многослойный фильтрующий материал работает следующим образом: очищаемая жидкость последовательно проходит указанные слои, при этом при прохождении первого слоя механически удаляются крупные примеси, а при прохождении второго слоя – мелкие примеси. Фильтрующий материал по патенту US 4976858 имеет существенный недостаток, так как может только механически очищать жидкость, растворенные примеси указанный материал не удаляет. Кроме этого, недостатком указанного материала является то, что отсутствует возможность наполнения таких слоев какими-либо сорбентами; так как сорбент может быть закреплен на слоях только за счет механических сил (шероховатости поверхности сорбента и слоев), то в процессе фильтрации сорбент будет вымываться потоком жидкости. Таким образом, основным недостатком данного материала является низкая эффективность.The prior art filter material according to US patent 4976858 (applicant Toyo Roki Kabushiki Kaisha, priority 01.02.1990, IPC B01D39/14), chosen by the applicant as the closest analogue of the filter material. The filter material according to US Pat. No. 4,976,858 consists of at least two layers of different densities fused to each other, which the liquid or gas passes in succession. The first layer is made of non-woven fibrous material and is coarse filtering and denser than the second one. The second layer is made of filter paper and is a fine filter. Additional layers of different densities can be additionally placed between the layers. The filter material is intended for mechanical filtration of liquids, within the framework of the distinguishing features, the specified multilayer filter material works as follows: the liquid to be purified sequentially passes through the indicated layers, while passing through the first layer, large impurities are mechanically removed, and when passing through the second layer, small impurities. The filter material according to US Pat. No. 4,976,858 has a significant disadvantage, since it can only mechanically purify the liquid, the specified material does not remove dissolved impurities. In addition, the disadvantage of this material is that there is no possibility of filling such layers with any sorbents; Since the sorbent can be fixed on the layers only due to mechanical forces (surface roughness of the sorbent and layers), the sorbent will be washed out by the liquid flow during the filtration process. Thus, the main disadvantage of this material is its low efficiency.
Из уровня техники известно средство индивидуальной защиты по патенту EP 2376168 (заявитель Intersurgical S.P.A., приоритет 03.12.2008, МПК A61M 16/06, A 62B 17/04), которое выполнено в виде шлема, состоящего из корпуса из преимущественно прозрачного полимерного материала с отверстиями для входа и выхода воздуха, воротника из эластичного полимерного материала и жесткого воротника – подложки. Вход для воздуха может быть подключен к стационарному или переносному источнику кислорода, что является недостатком данного средства индивидуальной защиты, так как существенно органичивает область его применения.From the prior art, personal protective equipment is known according to patent EP 2376168 (applicant Intersurgical S.P.A., priority 03.12.2008, IPC A61M 16/06, A 62B 17/04), which is made in the form of a helmet consisting of a body made of a predominantly transparent polymer material with holes for air inlet and outlet, a collar made of elastic polymer material and a rigid collar - a substrate. The air inlet can be connected to a stationary or portable oxygen source, which is a disadvantage of this personal protective equipment, as it significantly limits its scope.
Из уровня техники известно средство индивидуальной защиты по патенту на полезную модель RU65385 (заявитель Закрытое акционерное общество "Северо-Западный научно-технический центр "Портативные средства индивидуальной защиты" имени А.А. Гуняева", приоритет 28.03.2007, МПК A62B 15/00, A62B 17/04). Средство индивидуальной защиты представляет собой шлем, состоящий из корпуса из преимущественно прозрачного полимерного материала и юбки, герметично присоединенной своей верхней кромкой к кромке горловины шлема. В области расположения органов дыхания пользователя в юбке выполнено отверстие, в котором установлен клапан выдоха. Юбка может быть выполнена из волокнистого полимерного фильтрующего материала или из волокнистого полимерного фильтрующего материала типа фильтра Петрянова, наполненного порошкообразными сорбентами, а также из ионообменного волокнистого фильтрующего материала или из активированного углеродного волокнистого материала, обладающего сорбирующими свойствами. Дополнительно средство индивидуальной защиты может быть снабжено защитной полумаской из сорбционно-фильтрующего материала, присоединенной к юбке с помощью клапана выдоха. В рамках отличительных признаков указанное средство индивидуальной защиты работает следующим образом. При выполнении пользователем вдоха клапан выдоха закрыт и в пространстве под защитным капюшоном возникает разрежение. Под действием разрежения под юбкой загрязненный воздух проходит через фильтрующий материал юбки, очищаясь в нем только от аэрозолей или от аэрозолей и газов и паров, и попадает в пространство под юбкой. Под действием разрежения под полумаской воздух, предварительно очищенный материалом юбки, проходит через фильтрующий материал полумаски, дополнительно очищаясь, попадает в пространство под полумаской и поступает к органам дыхания пользователя. При выполнении пользователем выдоха под действием избыточного давления в пространстве под полумаской открывается клапан выдоха, и выдыхаемый воздух через клапан выдоха удаляется наружу. Средство индивидуальной защиты по патенту на полезную модель RU65385 имеет следующие недостатки. Первый из них то, что в процессе фильтрации капли влаги, содержащие микроорганизмы, механически удерживаются фильтрующим материалом, и далее микроорганизмы могут существовать и развиваться внутри материала, в этом случае, средство индивидуальной защиты становиться потенциальным источником заражения для пользователя. Во-вторых, фильтрующий материал имеет низкий срок службы, то есть требуется частая замена фильтрующих элементов средства индивидуальной защиты. Также недостатком наиболее близкого аналога является то, что выдыхаемый воздух возвращается в окружающую среду без очистки, то есть если пользователь может быть источником микробиологического загрязнения, то средство индивидуальной защиты не препятствует попаданию этого загрязнения от пользователя в окружающую среду.From the prior art, personal protective equipment is known according to a patent for utility model RU65385 (applicant Closed Joint Stock Company "North-Western Scientific and Technical Center" Portable Personal Protective Equipment "named after A.A. Gunyaev", priority 03/28/2007, IPC A62B 15/00 , A62B 17/04). Personal protective equipment is a helmet consisting of a body made of a predominantly transparent polymeric material and a skirt hermetically attached with its upper edge to the edge of the neck of the helmet. In the area of the user's respiratory organs, the skirt has a hole in which an exhalation valve is installed. The skirt can be made of a fibrous polymer filter material or a fibrous polymer filter material of the Petryanov filter type filled with powdered sorbents, as well as an ion-exchange fibrous filter material or an activated carbon fiber material with sorbing properties. Additionally, the personal protective equipment can be equipped with a protective half-mask made of sorption-filtering material, attached to the skirt with an exhalation valve. Within the framework of the distinguishing features, the specified personal protective equipment works as follows. When the user inhales, the exhalation valve is closed and a vacuum is created in the space under the protective hood. Under the action of rarefaction under the skirt, polluted air passes through the filter material of the skirt, being cleaned in it only from aerosols or from aerosols and gases and vapors, and enters the space under the skirt. Under the action of rarefaction under the half-mask, the air previously cleaned by the skirt material passes through the filtering material of the half-mask, being additionally purified, enters the space under the half-mask and enters the user's respiratory organs. When the user exhales, under the action of excess pressure in the space under the half mask, the exhalation valve opens, and the exhaled air is expelled through the exhalation valve. Personal protective equipment according to utility model patent RU65385 has the following disadvantages. The first of them is that during the filtration process, moisture drops containing microorganisms are mechanically retained by the filter material, and further microorganisms can exist and develop inside the material, in this case, the personal protective equipment becomes a potential source of infection for the user. Secondly, the filter material has a low service life, that is, frequent replacement of the filter elements of personal protective equipment is required. Also, the disadvantage of the closest analogue is that the exhaled air returns to the environment without purification, that is, if the user can be a source of microbiological contamination, then the personal protective equipment does not prevent this contamination from entering the environment from the user.
Из уровня техники известно средство индивидуальной защиты по патенту US 4620538 (заявитель The United States of America as represented by Secretary of Air Force, приоритет 19.03.1985, МКП А61Н 31/00), выбранное заявителем в качестве наиболее близкого аналога для средства индивидуальной защиты. Средство индивидуальной защиты по патенту US 4620538 выполнено в виде шлема, состоящего из корпуса из преимущественно прозрачного полимерного материала с отверстиями для входа кислорода и выхода для выдуваемого воздуха, эластичного раздуваемого воротника и двух регулировочных колец. Выход воздуха снабжен невозвратным клапаном, который предохраняет внутреннее пространство шлема от попадания туда воздуха из окружающей среды. В рамках отличительных признаков указанное средство индивидуальной защиты работает следующим образом: пользователь надевает шлем и регулирует размер раздувного воротника, обеспечивая герметичное прилегание воротника к шее. В момент вдоха кислород поступает внутрь шлема через отверстие для входа, а выдыхаемый воздух выводится из внутреннего пространства шлема через клапан выходного отверстия в окружающую среду. Основными недостатками данного изобретения являются отсутствие фильтрующих материалов и зависимость изобретения, а значит, и пользователя от наличия доступа к источникам кислорода. Кроме того, данное изобретение не очищает выдыхаемый пользователем воздух, перед возвратом в окружающую среду.From the prior art, personal protective equipment is known according to patent US 4620538 (the applicant The United States of America as represented by Secretary of Air Force, priority 03/19/1985, MCP A61H 31/00), chosen by the applicant as the closest analogue for personal protective equipment. The personal protective equipment according to US Pat. No. 4,620,538 is made in the form of a helmet, consisting of a body made of a predominantly transparent polymeric material with holes for oxygen inlet and outlet for blown air, an elastic inflatable collar and two adjusting rings. The air outlet is equipped with a non-return valve, which protects the interior of the helmet from the ingress of air from the environment. In terms of features, said PPE works as follows: the wearer puts on the helmet and adjusts the size of the inflatable collar to seal the collar around the neck. At the moment of inhalation, oxygen enters the helmet through the inlet, and the exhaled air is removed from the interior of the helmet through the outlet valve into the environment. The main disadvantages of this invention are the lack of filter materials and the dependence of the invention, and hence the user, on access to oxygen sources. In addition, this invention does not purify the air exhaled by the user before being returned to the environment.
Задачей группы изобретений и техническим результатом, достигаемым за счет решения задачи, является разработка нового фильтрующего материала для очистки жидкости и газа, обладающего высокой эффективностью поглощения примесей и одновременно длительным сроком службы, и средства индивидуальной защиты на его основе, одновременно защищающего как пользователя от окружающей среды, так и окружающую среду от пользователя.The task of the group of inventions and the technical result achieved by solving the problem is the development of a new filter material for cleaning liquids and gases, which has a high absorption efficiency of impurities and at the same time a long service life, and personal protective equipment based on it, while protecting both the user from the environment , and the environment from the user.
Поставленная задача и технический результат достигаются за счет того, что фильтрующий материал для очистки жидкости или газа, состоящий из по меньшей мере двух слоев, которые жидкость или газ последовательно проходят, где первый грубофильтрующий слой изготовлен на основе нетканого волокнистого материала, а второй – тонкофильтрующий слой изготовлен на основе фильтровальной бумаги и/или фильтровального картона, выполнен с возможностью сорбционной очистки жидкости или газа, при этом первый грубофильтрующий слой содержит частицы размером от 2 до 500 мкм, предпочтительно от 5 до 200 мкм, по меньшей мере одного вида сорбента, удерживаемые в структуре нетканого волокнистого материала преимущественно за счет механических сил, а второй тонкофильтрующий слой содержит частицы размером от 0,05 до 20 мкм, предпочтительно от 0,2 до 5 мкм, по меньшей мере одного мелкодисперсного сорбента, удерживаемые в структуре фильтровальной бумаги и/или фильтровального картона преимущественно за счет адгезионных сил. При этом в качестве сорбентов для первого грубофильтрующего слоя применяются, например, но не ограничиваясь перечисленными вариантами, активированные угли, активированные угольные волокна, волокнистые иониты, например, на основе полиакрилонитрила, природные ископаемые угли, силикагели, алюмогели, алюмосиликаты, диатомит, ионообменные смолы, хитин, хитозан, сорбенты на основе оксидов и гидроксидов металлов или смеси указанных сорбентов, а в качестве мелкодисперсных сорбентов для второго тонкофильтрующего слоя применяются, например, но не ограничиваясь перечисленными вариантами, активированные угли, активированные угольные волокна, волокнистые иониты, например, на основе полиакрилонитрила, природные ископаемые угли, силикагели, алюмогели, алюмосиликаты, диатомит, сорбенты на основе оксидов и гидроксидов металлов или смеси указанных сорбентов. Кроме того, фильтровальная бумага и/или фильтровальный картон второго тонкофильтрующего слоя представляет собой композит, содержащий предпочтительно до 50% волокон на основе целлюлозы, может дополнительно содержать до 30% селективного волокнистого ионита и от 0,001 до 2%, предпочтительно от 0,004 до 0,1%, флокулянта, который может быть нейтральный, катионный, анионный или катионно-анионный, например, но не ограничиваясь только перечисленными вариантами, поливиниловый спирт, полиоксиэтилены, полиакриламиды, полиакрилаты, полиметакрилаты, частично гидролизованные полиакриламиды. При этом второй тонкофильтрующий слой имеет увеличенную поглощающую способность для удержания пылеобразных частиц сорбента, вымываемых или выветриваемых из первого слоя в начале процесса фильтрации, а поверхность первого грубофильтрующего слоя более шероховатая, чем поверхность второго тонкофильтрующего слоя, при этом обеспечивается преимущественно равномерное растекание жидкости при выходе из первого грубофильтрующего слоя и входе на второй тонкофильтрующий слой. Кроме того, по меньшей мере один из слоев может быть гофрированным, а также материал может дополнительно содержать один и более фильтрующих слоев, расположенных до или после первого слоя, или после второго слоя, выполненных из, например, но не ограничиваясь только перечисленными вариантами, спанбонда, углеродного нетканого волокна, сетчатого полимерного материала, например разделительной пористой полимерной сетки или фибрилированной пористой пленки, графеновой сетки. Также поставленная задача и технический результат достигаются за счет того, что фильтрующий материал для очистки жидкости или газа может применяться для изготовления средств индивидуальной защиты, в том числе, но не ограничиваясь только перечисленными вариантами, масок для защиты органов дыхания различной конфигурации, а средство индивидуальной защиты на его основе выполнено в виде шлема, состоящего из корпуса из преимущественно прозрачного полимерного материала с отверстиями для входа и выхода воздуха, воротника из эластичного полимерного материала, и содержит по меньшей мере одно средство циркуляции воздуха, при этом отверстия для входа и выхода воздуха снабжены фильтрами, выполненными из заявленного фильтрующего материала, при этом входной фильтр направлен в окружающую среду первым грубофильтрационным слоем фильтрующего материала, а выходной фильтр – вторым тонкофильтрующим слоем фильтрующего материала. При этом средство цикруляции воздуха выполнено в виде, например, но не ограничиваясь только перечисленными вариантами, компрессора, насоса или вентилятора. Кроме того, средство индивидуальной защиты может дополнительно содержать мембранный клапан, выполненный с возможностью потребления воды и жидкой пищи без снятия средства индивидуальной защиты, а воротник из эластичного полимерного материала выполнен с возможностью регулировки размера путем подачи воздуха во внутреннюю полость указанного воротника.The task and the technical result are achieved due to the fact that the filter material for cleaning a liquid or gas, consisting of at least two layers, which the liquid or gas passes in series, where the first coarse filter layer is made on the basis of a non-woven fibrous material, and the second is a fine filter layer made on the basis of filter paper and/or filter cardboard, made with the possibility of sorption purification of a liquid or gas, while the first coarse filter layer contains particles ranging in size from 2 to 500 microns, preferably from 5 to 200 microns, of at least one type of sorbent held in the structure of the nonwoven fibrous material mainly due to mechanical forces, and the second fine filter layer contains particles ranging in size from 0.05 to 20 μm, preferably from 0.2 to 5 μm, of at least one fine sorbent held in the structure of the filter paper and/or filter paper. cardboard mainly due to adhesive forces. At the same time, as sorbents for the first coarse filter layer, for example, but not limited to the listed options, activated carbons, activated carbon fibers, fibrous ion exchangers, for example, based on polyacrylonitrile, natural fossil coals, silica gels, alumina gels, aluminosilicates, diatomite, ion exchange resins, chitin, chitosan, sorbents based on oxides and hydroxides of metals or mixtures of these sorbents, and as fine sorbents for the second fine filter layer, for example, but not limited to the listed options, activated carbons, activated carbon fibers, fibrous ion exchangers, for example, based on polyacrylonitrile , natural fossil coals, silica gels, alumina gels, aluminosilicates, diatomite, sorbents based on metal oxides and hydroxides or mixtures of these sorbents. In addition, the filter paper and/or filter cardboard of the second fine filter layer is a composite containing preferably up to 50% cellulose-based fibers, may additionally contain up to 30% selective fibrous ion exchanger and from 0.001 to 2%, preferably from 0.004 to 0.1 %, flocculant, which can be neutral, cationic, anionic or cationic-anionic, for example, but not limited to the listed options, polyvinyl alcohol, polyoxyethylenes, polyacrylamides, polyacrylates, polymethacrylates, partially hydrolyzed polyacrylamides. At the same time, the second fine filter layer has an increased absorption capacity to retain dust-like particles of the sorbent that are washed out or weathered from the first layer at the beginning of the filtration process, and the surface of the first coarse filter layer is rougher than the surface of the second fine filter layer, while ensuring a predominantly uniform spreading of the liquid at the exit from the first coarse filter layer and the entrance to the second fine filter layer. In addition, at least one of the layers may be pleated, and the material may additionally contain one or more filter layers located before or after the first layer, or after the second layer, made of, for example, but not limited to the listed options, spunbond , carbon non-woven fiber, mesh polymer material, such as dividing porous polymer mesh or fibrillated porous film, graphene mesh. Also, the task and the technical result are achieved due to the fact that the filter material for cleaning liquid or gas can be used for the manufacture of personal protective equipment, including, but not limited to the listed options, masks for respiratory protection of various configurations, and personal protective equipment based on it, it is made in the form of a helmet, consisting of a body made of a predominantly transparent polymeric material with holes for air inlet and outlet, a collar made of an elastic polymeric material, and contains at least one means of air circulation, while the holes for air inlet and outlet are equipped with filters made of the claimed filter material, while the input filter is directed to the environment by the first coarse filtering layer of the filtering material, and the output filter is directed to the second fine filtering layer of the filtering material. At the same time, the air circulation means is made in the form, for example, but not limited to the listed options, of a compressor, pump or fan. In addition, the personal protective equipment may additionally contain a membrane valve capable of consuming water and liquid food without removing the personal protective equipment, and the collar made of elastic polymer material is configured to adjust the size by supplying air to the inner cavity of said collar.
Раскрытие сущности группы изобретения поясняется чертежами:Disclosure of the essence of the invention group is illustrated by drawings:
На фигуре 1 представлено схематичное изображение структуры фильтрующего материала.The figure 1 shows a schematic representation of the structure of the filter material.
На фигурах 2–4 представлен пример внешнего вида средства индивидуальной защиты с разных ракурсов.Figures 2-4 show an example of the appearance of personal protective equipment from different angles.
На фигуре 5 представлена фотография внешнего вида грубофильтрующего и тонкофильтрующего слоев после испытаний по фильтрации коллоида железа. The figure 5 shows a photograph of the appearance of the coarse filter and fine filter layers after tests on the filtration of colloid of iron.
На фигуре 6 (6-1, 6-2) представлены экспериментальные данные, где 6-1 – график зависимости перепада давления от массы поглощенного коллоидного железа на единицу площади материала; 6-2 – график зависимости эффективности отсечения коллоидного железа от объема пропущенного модельного раствора на единицу площади материала.The figure 6 (6-1, 6-2) presents the experimental data, where 6-1 is a plot of the pressure drop versus the mass of absorbed colloidal iron per unit area of the material; 6-2 is a plot of colloidal iron cut-off efficiency versus volume of simulated solution passed per unit area of material.
Фильтрующий материал для очистки жидкости или газа состоит, предпочтительно, из двух обязательных слоев, которые последовательно проходят очищаемые жидкость или газ. При этом по меньшей мере один из слоев может быть гофрированным.The filter material for purifying a liquid or gas preferably consists of two obligatory layers, which successively pass through the liquid or gas to be purified. In this case, at least one of the layers can be corrugated.
Первый слой – грубофильтрационный – изготовлен на основе нетканого волокнистого материала, например гидрофобных полиолефиновых волокон с диаметром волокна от 5 до 30 мкм, и наполнен частицами размером от 2 до 500 мкм, предпочтительно от 5 до 200 мкм, по меньшей мере одного вида сорбента. Материал первого слоя получают методом аэроформования из волокон, полученных выдавливанием через фильеру расплава полимера в поток транспортируемого газа при одновременной подаче гранулированного или порошкообразного сорбента. При этом частицы сорбента не только цепляются за поверхность волокон, но и под действием высоких температур частично сплавляются с волокнами и таким образом механически прикрепляются к ним. В качестве сорбентов для первого грубофильтрующего слоя применяются, например, но не ограничиваясь перечисленными вариантами, активированные угли, активированные угольные волокна, волокнистые иониты, например, на основе полиакрилонитрила, природные ископаемые угли, силикагели, алюмогели, алюмосиликаты, диатомит, ионообменные смолы, хитин, хитозан, сорбенты на основе оксидов и гидроксидов металлов или смеси указанных сорбентов. Указанные сорбенты могут быть дополнительно обработаны бактерицидной добавкой, например, но не ограничиваясь перечисленными вариантами, соединения серебра.The first layer - coarse filtration - is made on the basis of non-woven fibrous material, for example, hydrophobic polyolefin fibers with a fiber diameter of 5 to 30 microns, and is filled with particles ranging in size from 2 to 500 microns, preferably from 5 to 200 microns, at least one type of sorbent. The material of the first layer is obtained by air forming from fibers obtained by extruding a polymer melt through a spinneret into a stream of transported gas while supplying a granular or powdered sorbent. In this case, the sorbent particles not only cling to the surface of the fibers, but also partially fuse with the fibers under the influence of high temperatures and thus mechanically attach to them. As sorbents for the first coarse filter layer, for example, but not limited to the listed options, activated carbons, activated carbon fibers, fibrous ion exchangers, for example, based on polyacrylonitrile, natural fossil coals, silica gels, alumina gels, aluminosilicates, diatomite, ion exchange resins, chitin, chitosan, sorbents based on oxides and hydroxides of metals or mixtures of these sorbents. These sorbents can be further treated with a bactericidal additive, for example, but not limited to the listed options, silver compounds.
Второй слой – тонкофильтрующий – представляет собой композитный материал, до 50% состоящий из целлюлозных волокон с длиной волокна от 0,5 до 3 мм, диаметром от 5 до 30 мкм, предпочтительно от 5 до 25 мкм, из селективного волокнистого сорбента (доля не более 30% от общей массы), ультрадисперсных частиц сорбента размером от 1 до 25 мкм, предпочтительно 2 до 20 мкм, а также флокулянта в количестве от 0,001 до 2%, предпочтительно от 0,004 до 0,1 %. В качестве ультрадисперсных частиц сорбента для второго тонкофильтрующего слоя применяются, например, но не ограничиваясь перечисленными вариантами, активированные угли, активированные угольные волокна, волокнистые иониты, например, на основе полиакрилонитрила, природные ископаемые угли, силикагели, алюмогели, алюмосиликаты, диатомит, сорбенты на основе оксидов и гидроксидов металлов или смеси указанных сорбентов. Указанные сорбенты могут быть дополнительно обработаны бактерицидной добавкой, например, но не ограничиваясь перечисленными вариантами, соединения серебра. Флокулянт может быть нейтральный, катионный, анионный или катионно-анионный, например, но не ограничиваясь только перечисленными вариантами, поливиниловый спирт, полиоксиэтилены, полиакриламиды, полиакрилаты, полиметакрилаты, частично гидролизованные полиакриламиды. Поскольку материал второго слоя состоит по большей части из целлюлозных волокон, то его получают методом отливки с последующей сушкой и прессованием. Ультрадисперсные частицы закрепляются на волокнах за счет по большей части адгезионных сил. Помимо всего вышеперечисленного, материал второго слоя способен сорбировать пылеобразные частицы сорбента, вымывающиеся или выветривающиеся из первого слоя в процессе фильтрации. The second layer - fine filtering - is a composite material, up to 50% consisting of cellulose fibers with a fiber length of 0.5 to 3 mm, a diameter of 5 to 30 microns, preferably from 5 to 25 microns, from a selective fibrous sorbent (share not more than 30% of the total mass), ultrafine sorbent particles with a size of 1 to 25 microns, preferably 2 to 20 microns, as well as a flocculant in an amount of 0.001 to 2%, preferably from 0.004 to 0.1%. As ultrafine sorbent particles for the second fine filter layer, for example, but not limited to the listed options, activated carbons, activated carbon fibers, fibrous ion exchangers, for example, based on polyacrylonitrile, natural fossil coals, silica gels, alumina gels, aluminosilicates, diatomite, sorbents based on oxides and hydroxides of metals or a mixture of these sorbents. These sorbents can be further treated with a bactericidal additive, for example, but not limited to the listed options, silver compounds. The flocculant can be neutral, cationic, anionic or cationic-anionic, for example, but not limited to polyvinyl alcohol, polyoxyethylenes, polyacrylamides, polyacrylates, polymethacrylates, partially hydrolyzed polyacrylamides. Since the material of the second layer consists mainly of cellulose fibers, it is obtained by casting, followed by drying and pressing. Ultrafine particles are fixed on the fibers due to the large part of the adhesive forces. In addition to all of the above, the material of the second layer is able to absorb dusty particles of the sorbent that are washed out or weathered from the first layer during the filtration process.
Полученный фильтрующий материал обладает гидрофильно-гидрофобными свойствами. В основном эти свойства обеспечиваются за счет волокон разного типа. В первом слое преобладают гидрофобные волокна, во втором слое – гидрофильные. Гидрофильно-гидрофобные свойства сорбента обеспечивают повышенную эффективность при очистке от гидрофильно-гидрофобных примесей, например вирусов, при этом заявляемый материал является предпочтительно бактериостатичным.The resulting filter material has hydrophilic-hydrophobic properties. Basically, these properties are provided by fibers of various types. Hydrophobic fibers predominate in the first layer, hydrophilic fibers predominate in the second layer. The hydrophilic-hydrophobic properties of the sorbent provide increased efficiency in the purification of hydrophilic-hydrophobic impurities, such as viruses, while the claimed material is preferably bacteriostatic.
Первый слой имеет более шероховатую поверхность, чем второй слой. Степень шероховатости поверхности слоя определяется соотношением диаметра волокон и размера частиц сорбента. В первом слое диаметр волокон составляет от 5 до 30 мкм, а размер частиц от 2 до 500 мкм, предпочтительно от 5 до 200 мкм. Для второго слоя диаметр волокон от 5 до 30 мкм, предпочтительно от 5 до 25 мкм, а размер частиц сорбента от 1 до 25 мкм, предпочтительно 2 до 20 мкм. Таким образом, шероховатость поверхности первого слоя по меньше мере на порядок больше, чем шероховатость второго слоя, что обеспечивает распределение потока жидкости после выхода из первого слоя перед входом во второй, таким образом, даже в случае, когда крупными механическими загрязняющими примесями забита часть пор первого слоя, второй слой полностью участвует в процессе фильтрации. В случае блокирования части материала первого слоя примесями все каналы второго слоя остаются открытыми для прохождения жидкости или газа. Таким образом, во время процесса очистки частично или полностью работает объем первого слоя и весь объем второго слоя фильтрующего материала, повышая степень и скорость очистки жидкости. The first layer has a rougher surface than the second layer. The degree of surface roughness of the layer is determined by the ratio of the diameter of the fibers and the particle size of the sorbent. In the first layer, the fiber diameter is 5 to 30 µm and the particle size is 2 to 500 µm, preferably 5 to 200 µm. For the second layer, the fiber diameter is 5 to 30 µm, preferably 5 to 25 µm, and the particle size of the sorbent is 1 to 25 µm, preferably 2 to 20 µm. Thus, the surface roughness of the first layer is at least an order of magnitude greater than the roughness of the second layer, which ensures the distribution of the fluid flow after leaving the first layer before entering the second, thus, even in the case when large mechanical impurities clog some of the pores of the first layer, the second layer is fully involved in the filtration process. If a part of the material of the first layer is blocked by impurities, all channels of the second layer remain open for the passage of liquid or gas. Thus, during the cleaning process, the volume of the first layer and the entire volume of the second layer of filter material work partially or completely, increasing the degree and speed of cleaning the liquid.
Кроме указанных двух обязательных слоев фильтрующий материал для очистки жидкости или газа может дополнительно содержать один и более вспомогательных фильтрующих слоев, расположенных до или после первого слоя, или после второго слоя, выполненных из, например, но не ограничиваясь только перечисленными вариантами, спанбонда, углеродного нетканого волокна, сетчатого полимерного материала, например разделительной пористой полимерной сетки или фибрилированной пористой пленки, графеновой сетки.In addition to these two mandatory layers, the filter material for purifying a liquid or gas may additionally contain one or more auxiliary filter layers located before or after the first layer, or after the second layer, made of, for example, but not limited to the listed options, spunbond, carbon non-woven fiber, mesh polymeric material, for example, a dividing porous polymer mesh or fibrillated porous film, graphene mesh.
В рамках отличительных признаков указанный фильтрующий материал работает следующим образом. Очищаемые жидкость или газ поступают в первый слой, где происходит первая стадия очистки. Так как средний размер частиц сорбента первого слоя предпочтительно больше среднего диаметра волокон первого слоя, то первый слой имеет развитую поверхность (большое количество пор) и обладает высокой грязеемкостью и способностью медленно сорбировать растворенные примеси. После прохождения первого слоя очищаемые жидкость или газ перетекают во второй слой, при этом в случае очистки жидкости при выходе из первого слоя и входе во второй происходит равномерное растекание жидкости. Во втором слое происходит вторая стадия очистки жидкости или газа. Второй слой также имеет развитую поверхность (большое количество пор) и одновременно частицы сорбента второго слоя обладают высокой кинетической способностью сорбировать растворенные примеси. Кроме того, в случае, если потоком очищаемой жидкости или газа из первого слоя вымываются или выветриваются пылеобразные частички сорбента, второй слой блокирует прохождение этих частиц дальше к пользователю. Из второго слоя пользователю поступает очищенная жидкость или очищенный газ. As part of the distinguishing features of the specified filter material works as follows. The liquid or gas to be purified enters the first layer, where the first stage of purification takes place. Since the average particle size of the sorbent of the first layer is preferably larger than the average diameter of the fibers of the first layer, the first layer has a developed surface (a large number of pores) and has a high dirt holding capacity and the ability to slowly sorb dissolved impurities. After passing through the first layer, the liquid or gas to be purified flows into the second layer, while in the case of liquid purification, at the exit from the first layer and the entrance to the second, the liquid spreads uniformly. In the second layer, the second stage of liquid or gas purification takes place. The second layer also has a developed surface (a large number of pores) and, at the same time, the sorbent particles of the second layer have a high kinetic ability to sorb dissolved impurities. In addition, if dusty particles of the sorbent are washed out or weathered from the first layer by the flow of the liquid or gas being purified, the second layer blocks the passage of these particles further to the user. From the second layer, the user receives a purified liquid or purified gas.
Указанная выше схема работы материала подтверждена в том числе экспериментальными данными. На фигуре 5 представлена фотография внешнего вида слоев материала после испытаний по фильтрации коллоида железа. Фильтрующий материал после окончания испытания был разделен на слои и сфотографирован послойно, при этом на фотографии (фигура 5) грубофильтрующий слой расположен сверху, а тонкофильтрующий снизу. На фотографии (фигура 5) видно, что превалирующее количество частиц гидроксида железа было поглощено первым грубофильтрующим слоем, в то время как вторым тонкофильтрующим слоем были задержаны самые мелкие частицы, миновавшие первый грубофильтрующий слой. The above scheme of material operation is confirmed, among other things, by experimental data. Figure 5 is a photograph of the appearance of the material layers after iron colloid filtration tests. After the end of the test, the filter material was divided into layers and photographed in layers, while in the photograph (figure 5) the coarse filter layer is located on top, and the fine filter layer is below. The photograph (figure 5) shows that the prevailing amount of iron hydroxide particles was absorbed by the first coarse filter layer, while the second fine filter layer retained the smallest particles that bypassed the first coarse filter layer.
То, что второй слой материала улавливает пылеобразные частицы сорбента, вымываемые из первого слоя, является преимуществом материала по сравнению с вариантом использования материала наиболее близкого аналога, наполненного известным из уровня техники сорбентом. В случае наиболее близкого аналога удержание сорбента будет осуществляться только за счет механических сил, и сорбент будет вымываться в процессе фильтрации, что, во-первых, снизит эффективность такой комбинации, а во-вторых, ухудшит потребительские свойства, так как очищенные жидкость или газ будут содержать частички сорбента. В случае фильтрации газа наличие частичек сорбента в очищенном газе ограничивает применение материала в средствах индивидуальной защиты, таким образом, подтверждается, что указанный материал является именно новым материалом, а не комбинацией аналога с известными в уровне техники сорбентами.The fact that the second layer of material traps dusty particles of the sorbent washed out from the first layer is an advantage of the material in comparison with the option of using the material of the closest analogue, filled with a sorbent known from the prior art. In the case of the closest analogue, the sorbent will be retained only due to mechanical forces, and the sorbent will be washed out during the filtration process, which, firstly, will reduce the effectiveness of such a combination, and secondly, worsen consumer properties, since the purified liquid or gas will contain sorbent particles. In the case of gas filtration, the presence of sorbent particles in the purified gas limits the use of the material in personal protective equipment, thus confirming that the specified material is a new material, and not a combination of an analogue with sorbents known in the prior art.
Эффективность заявляемого фильтрующего материала при очистке жидкости подтверждена сравнительными испытаниями по отсечению коллоидного железа на экспериментальных модулях высотой 100 мм, выполненных в виде радиально фильтрующего модуля со стандартным карбонблоком в центре и гофрированной обмоткой из различных вариантов фильтрующих материалов, а именно: спанбонда с поверхностной плотностью 100 г/м2 (материал полипропилен, производитель ООО "Конгломерат", Россия) (указанный материал выбран в качестве известного из уровня техники и распространенного на рынке фильтрующего материала с длительным сроком службы), материал Ahlstrom Disruptor 5283 (производитель Ahlstrom-Munksjo, Швеция) (указанный материал выбран в качестве известного из уровня техники и распространенного на рынке фильтрующего материала с высокой эффективностью очистки), первый грубофильтрующий слой отдельно, второй тонкофильтрующий слой отдельно, заявляемый композиционный фильтрующий материал. Список протестированных образцов представлен в таблице 1.The effectiveness of the proposed filter material in liquid purification is confirmed by comparative tests on cutting off colloidal iron on
Поскольку материал по патенту US 4976858 на рынке не представлен, то для подтверждения достижения технического результата заявленный фильтрующий материал был сопоставлен с известными из уровня техники материалами с высокой эффективностью очистки и длительным сроком службы. Since the material according to US Pat. No. 4,976,858 is not on the market, in order to confirm the achievement of the technical result, the claimed filter material was compared with materials known from the prior art with high cleaning efficiency and long service life.
Испытания проводились на испытательном стенде с автоматической подачей модельного раствора коллоидного гидроксида железа концентрации 60 ± 10 мг/дм3 (в пересчете на железо) и постоянным объемным расходом 1000 см3/мин. The tests were carried out on a test stand with automatic supply of a model solution of colloidal iron hydroxide with a concentration of 60 ± 10 mg/dm 3 (in terms of iron) and a constant volume flow rate of 1000 cm 3 /min.
В ходе тестирования фиксировались перепад давления (до величины 400 кПа) и эффективность отсечения коллоидного железа. Определение общего железа производили спектрофотометрическим методом. During testing, the pressure drop (up to 400 kPa) and the efficiency of cutting off colloidal iron were recorded. Total iron was determined by spectrophotometric method.
Для сравнительной оценки нарастания перепада давления для материалов, имеющих различную геометрию, производился пересчет в единицы объема пропущенного модельного раствора на единицу площади материала.For a comparative assessment of the increase in the pressure drop for materials with different geometries, the passed model solution per unit area of the material was recalculated into units of volume.
Эффективность поглощения коллоида железа проводили по формуле:The absorption efficiency of iron colloid was carried out according to the formula:
где E,% – эффективность поглощения коллоида железа, %; Сисх – концентрация модельного раствора коллоидного железа; Сфильтр – концентрация железа в фильтрате после очистки.where E,% is the absorption efficiency of iron colloid, %; Cin is the concentration of the model solution of colloidal iron; Сfilter is the concentration of iron in the filtrate after purification.
Результаты тестирования приведены в таблице 1 и на фигуре 6, где 6-1 – график зависимости перепада давления от массы поглощенного коллоидного железа на единицу площади материала, 6-2 – график зависимости эффективности отсечения коллоидного железа от объема пропущенного модельного раствора на единицу площади материала.The test results are shown in Table 1 and in Figure 6, where 6-1 is a graph of pressure drop versus the mass of absorbed colloidal iron per unit area of material, 6-2 is a plot of colloidal iron cutting efficiency versus the volume of passed model solution per unit area of material.
Сравнительные испытания продемонстрировали, что фильтрующий материал, состоящий из сочетания последовательных грубофильтрующего и тонкофильтрующего слоев, обладает по сравнению с традиционными предфильтрующими материалами и отдельными слоями сочетанием высокой эффективности отсечения примесей и низкого сопротивления потоку. Низкое сопротивление потоку жидкости означает, что фильтрующий материал забивается медленно, а значит, имеет длительный срок службы. Таким образом, заявленный материал одновременно обладает высокой эффективностью и длительным сроком службы, то есть экспериментальные данные подтверждают достижение технического результата.Comparative tests have shown that the filter media, consisting of a combination of successive coarse and fine filter layers, has a combination of high impurity cut-off efficiency and low flow resistance compared to traditional pre-filter materials and single layers. The low resistance to fluid flow means that the filter media clogs slowly, which means it has a long service life. Thus, the claimed material simultaneously has high efficiency and long service life, that is, experimental data confirm the achievement of the technical result.
Как было сказано ранее, заявляемый фильтрующий материал может быть использован в средствах индивидуальной защиты. As mentioned earlier, the inventive filter material can be used in personal protective equipment.
Средство индивидуальной защиты (фигура 2 – 4) выполнено в виде шлема и состоит из корпуса (1), изготовленного из преимущественно прозрачного полимерного материала, с отверстиями для входа (2) и выхода (3) воздуха, воротника (4) из эластичного полимерного материала, средства циркуляции воздуха (6). Дополнительно средство индивидуальной защиты может содержать блок питания (на фигурах не представлен) и блок управления (5). В отверстиях для входа (2) и выхода (3) воздуха размещены фильтры (7 и 8), выполненные из заявляемого фильтрующего материала. Входной фильтр (7) направлен в окружающую среду первым грубофильтрационным слоем фильтрующего материала, а выходной фильтр (8) – вторым тонкофильтрующим слоем фильтрующего материала. Средство циркуляции воздуха (6) может быть выполнено в виде, например, но не ограничиваясь перечисленными вариантами, компрессора, насоса или вентилятора.Personal protective equipment (figure 2 - 4) is made in the form of a helmet and consists of a body (1) made of a predominantly transparent polymeric material, with holes for the inlet (2) and outlet (3) of air, a collar (4) made of an elastic polymeric material , means of air circulation (6). Additionally, the personal protective equipment may contain a power supply unit (not shown in the figures) and a control unit (5). Filters (7 and 8) made of the inventive filter material are placed in the air inlet (2) and outlet (3) openings. The inlet filter (7) is directed to the environment by the first coarse filtering layer of the filtering material, and the outlet filter (8) is directed to the environment by the second fine filtering layer of the filtering material. The air circulation means (6) may take the form of, for example, but not limited to, a compressor, pump or fan.
Размер воротника (4), изготовленного из эластичного полимерного материала, регулируется путем подачи воздуха во внутреннюю полость указанного воротника (4).The size of the collar (4) made of elastic polymeric material is adjusted by supplying air to the inner cavity of said collar (4).
Средство индивидуальной защиты органов дыхания работает следующим образом. Пользователь надевает средство на голову и накачивает воротник (4) до нужного размера, герметично закрепляя средство вокруг шеи. При включении пользователем заявляемого устройства средство циркуляции воздуха (6) начинает подавать воздух через входной фильтр (7). Фильтрующий материал при этом работает следующим образом. Воздух проходит последовательно первый, а затем второй слои материала, очищаясь от механических и других примесей. При вдыхании/выдыхании пользователем воздуха, который представляет собой аэрозоль, частицы аэрозоля попадают внутрь материала и благодаря его гидрофобно-гидрофильным свойствам удерживаются в нем. При этом влага высушивается за счет работы средства циркуляции воздуха, а загрязняющие вещества остаются на поверхности гранул сорбента. За счет перечисленных выше свойств фильтрующего материала очистка жидкости или, в описываемом случае, газа происходит быстрее и эффективнее, чем в фильтрующем материале ближайшего аналога. В процессе работы средства отработанный воздух выводится через выходное отверстие (3), оснащенное выходным фильтром (8) в окружающую среду.The means of personal respiratory protection works as follows. The user puts the product on the head and inflates the collar (4) to the desired size, sealing the product around the neck. When the user turns on the claimed device, the air circulation means (6) starts to supply air through the inlet filter (7). The filter material works in the following way. The air passes successively the first and then the second layers of the material, being cleaned from mechanical and other impurities. When the user inhales/exhales the air, which is an aerosol, the aerosol particles enter the material and, due to its hydrophobic-hydrophilic properties, are retained in it. In this case, moisture is dried due to the operation of the air circulation means, and pollutants remain on the surface of the sorbent granules. Due to the properties of the filter material listed above, the purification of a liquid or, in the described case, a gas occurs faster and more efficiently than in the filter material of the closest analogue. During the operation of the product, the exhaust air is discharged through the outlet (3) equipped with an outlet filter (8) into the environment.
Преимуществом заявляемого средства индивидуальной защиты является то, что фильтрующий материал обладает высокой эффективностью и способен сорбировать в том числе вирусы. Как было сказано ранее, заявляемый фильтрующий материал предпочтительно бактериостатичен, а значит, снижается риск развития микроорганизмов и вирусов на поверхности фильтрующего материала, таким образом, средство индивидуальной защиты на основе указанного фильтрующего материала является безопасным в обслуживании (нет опасности бактериологического заражения при замене фильтрующего материала в средстве индивидуальной защиты). The advantage of the proposed personal protective equipment is that the filter material is highly efficient and is able to absorb viruses, among other things. As mentioned earlier, the inventive filter material is preferably bacteriostatic, which means that the risk of microorganisms and viruses developing on the surface of the filter material is reduced, thus, personal protective equipment based on the specified filter material is safe to maintain (there is no danger of bacteriological contamination when replacing the filter material in personal protective equipment).
Поскольку заявленное средство защиты имеет как входной, так и выходной фильтр, а средство циркуляции воздуха обеспечивает однозначное движение потоков, то выдыхаемый пользователем воздух в обязательно порядке проходит через выходной фильтр, то есть средство индивидуальной защиты защищает не только пользователя от окружающей среды, но и окружающую среду от пользователя, таким образом, обеспечено достижение технического результата.Since the claimed protective equipment has both an inlet and an outlet filter, and the air circulation means provides an unambiguous movement of flows, the air exhaled by the user necessarily passes through the outlet filter, that is, the personal protective equipment protects not only the user from the environment, but also the environment. environment from the user, thus ensuring the achievement of a technical result.
В настоящем описании изобретения представлен предпочтительный вариант осуществления изобретения. В нем могут быть сделаны изменения в пределах заявляемой формулы, что дает возможность его широкого использования.In the present description of the invention presents a preferred embodiment of the invention. It can be made changes within the claimed formula, which makes it possible to widely use it.
Claims (12)
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020112991A RU2782467C2 (en) | 2020-04-06 | Filter material and personal protective equipment based on it | |
| PCT/RU2021/000130 WO2021206586A1 (en) | 2020-04-06 | 2021-03-26 | Filter material and personal protective means based thereon |
| US17/918,272 US20230166134A1 (en) | 2020-04-06 | 2021-03-26 | Filter material and personal protective means based thereon |
| CN202180038671.5A CN115697520A (en) | 2020-04-06 | 2021-03-26 | Filter material and personal protection device based thereon |
| EP21783839.0A EP4134148A4 (en) | 2020-04-06 | 2021-03-26 | Filter material and personal protective means based thereon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020112991A RU2782467C2 (en) | 2020-04-06 | Filter material and personal protective equipment based on it |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020112991A3 RU2020112991A3 (en) | 2021-10-06 |
| RU2020112991A RU2020112991A (en) | 2021-10-06 |
| RU2782467C2 true RU2782467C2 (en) | 2022-10-27 |
Family
ID=
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4976858A (en) * | 1987-08-12 | 1990-12-11 | Toyo Roki Seizo Kabushiki Kaisha | Multi-layer filter medium |
| RU2185877C2 (en) * | 2000-06-06 | 2002-07-27 | Константинов Александр Павлович | Filtering material and method of its production |
| CN1468136A (en) * | 2000-09-05 | 2004-01-14 | �������ɭ | Methods for filtering air for a gas turbine system |
| DE60111554T2 (en) * | 2000-09-05 | 2006-05-11 | Donaldson Co., Inc., Minneapolis | FILTER STRUCTURE WITH TWO OR MORE FINE FIBER LAYERS WITH EXTENDED SERVICE TIME |
| RU65385U1 (en) * | 2007-03-28 | 2007-08-10 | Закрытое акционерное общество "Северо-Западный научно-технический центр "Портативные средства индивидуальной защиты" имени А.А. Гуняева" | PROTECTIVE HOOD |
| US7691168B2 (en) * | 2005-10-19 | 2010-04-06 | 3M Innovative Properties Company | Highly charged, charge stable nanofiber web |
| RU2011126262A (en) * | 2009-01-05 | 2013-02-10 | ЮНИФРЭКС I ЭлЭлСи | INSULATING PLATE FROM HIGH-STRENGTH BIO-SOLUBLE INORGANIC FIBERS |
| US8556089B2 (en) * | 2007-03-15 | 2013-10-15 | Donaldson Company, Inc. | Super absorbent containing web that can act as a filter, absorbent, reactive layer or fuel fuse |
| RU2505325C1 (en) * | 2012-07-02 | 2014-01-27 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Росхимзащита" (ОАО "Корпорация "Росхимзащита") | Respiratory protector |
| RU2704211C1 (en) * | 2016-03-14 | 2019-10-24 | 3М Инновейтив Пропертиз Компани | Air filters containing polymer sorbents for chemically active gases |
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4976858A (en) * | 1987-08-12 | 1990-12-11 | Toyo Roki Seizo Kabushiki Kaisha | Multi-layer filter medium |
| RU2185877C2 (en) * | 2000-06-06 | 2002-07-27 | Константинов Александр Павлович | Filtering material and method of its production |
| CN1468136A (en) * | 2000-09-05 | 2004-01-14 | �������ɭ | Methods for filtering air for a gas turbine system |
| DE60111554T2 (en) * | 2000-09-05 | 2006-05-11 | Donaldson Co., Inc., Minneapolis | FILTER STRUCTURE WITH TWO OR MORE FINE FIBER LAYERS WITH EXTENDED SERVICE TIME |
| US7691168B2 (en) * | 2005-10-19 | 2010-04-06 | 3M Innovative Properties Company | Highly charged, charge stable nanofiber web |
| US8556089B2 (en) * | 2007-03-15 | 2013-10-15 | Donaldson Company, Inc. | Super absorbent containing web that can act as a filter, absorbent, reactive layer or fuel fuse |
| RU65385U1 (en) * | 2007-03-28 | 2007-08-10 | Закрытое акционерное общество "Северо-Западный научно-технический центр "Портативные средства индивидуальной защиты" имени А.А. Гуняева" | PROTECTIVE HOOD |
| RU2011126262A (en) * | 2009-01-05 | 2013-02-10 | ЮНИФРЭКС I ЭлЭлСи | INSULATING PLATE FROM HIGH-STRENGTH BIO-SOLUBLE INORGANIC FIBERS |
| RU2505325C1 (en) * | 2012-07-02 | 2014-01-27 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Росхимзащита" (ОАО "Корпорация "Росхимзащита") | Respiratory protector |
| RU2704211C1 (en) * | 2016-03-14 | 2019-10-24 | 3М Инновейтив Пропертиз Компани | Air filters containing polymer sorbents for chemically active gases |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3505794A (en) | Air filter | |
| AU2009330550B2 (en) | Compact multigas filter | |
| CA1116100A (en) | Air purification system and process | |
| JP6178075B2 (en) | Active particulate air filter with monolith main filter and polishing filter | |
| RU2394627C1 (en) | Notwoven material including unltrafine or nano-size particles | |
| JP2003103136A (en) | Integral hollow fiber membrane gas drier and filtration device | |
| GB2232094A (en) | Two-stage filter element | |
| JP2013506546A5 (en) | ||
| JPS6111062A (en) | Filter canister | |
| JP2016534825A (en) | Protective filtration equipment for laminated or mixed adsorbent beds | |
| JP2016533260A (en) | Protective filtration equipment for laminated or mixed adsorbent beds | |
| KR20160012011A (en) | Filter system | |
| EP0159698A2 (en) | Gas mask canister | |
| KR20210025381A (en) | Wettype-modifiable Multilayer Filtration System and Filter Unit Comprising Thereof | |
| RU2782467C2 (en) | Filter material and personal protective equipment based on it | |
| RU198633U1 (en) | FILTER FOR ABSORBING CARTRIDGE | |
| WO2021206586A1 (en) | Filter material and personal protective means based thereon | |
| CN107321112A (en) | Air compressor machine mist of oil filtering and purifying | |
| JPH0515716A (en) | Electret air filter for removing sea salt particle | |
| CN207307503U (en) | Air compressor machine mist of oil filtering and purifying | |
| KR102090659B1 (en) | Complex filter and filter system comprising the same | |
| US20220339471A1 (en) | Multi-layer filtration system and filter unit comprising same | |
| RU2591964C1 (en) | Aerosol sorbing air filter | |
| RU46198U1 (en) | AEROSOL FILTER | |
| RU2339429C1 (en) | Sorbtion filtering material |